CN108362604B - 一种利用微天平分辨正链烷硫醇的奇偶碳数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用微天平分辨奇偶碳硫醇分子的方法。本发明首先使用石英晶体微量天平作为基底，在基底上沉积金膜，之后将沉积金膜的天平分别浸入CH3(CH2)7SH和待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH,n为大于等于8的正整数，的乙醇溶液中12‑20h，再吹干基底；最后室温下，以己烷气体作为探针分子，在己烷蒸汽流控制在10毫升/分钟～50毫升/分钟的流速下进行吸附测试，根据待测正链烷硫醇和CH3(CH2)7SH引起微天平谐振频率的变化确定待测正链烷硫醇的奇、偶碳数。本发明不仅为微观分子界面相互作用的研究领域提供一个理想模型，并且也能为分子水平上构建高度特异传感器提供新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种奇偶碳硫醇分子的分辨方法，具体地说，涉及一种利用微天平分辨正链烷硫醇的奇偶碳数的方法。
背景技术
有机硫单分子在金表面上的高度有序排列在过去十年中一直备受研究工作者们的关注。这种兴趣主要是源于研究人员认识到这样的结构可以在多种研究领域中作为可控构建有机表面并便于加以操作的模型。尤其是的n大于8的正链烷硫醇(CH3(CH2)nS-)在金表面上的排列更是高度有序，n低于8的链烷硫醇由于链长较短，因此有序性下降。链烷硫醇在金表面的吸附是有其优先取向的，其中全反式烷基链相对于金底物的表面法线倾斜
300°。作为该倾斜的结果，末端甲基的取向取决于链中亚甲基的数目是偶数还是奇数。链烷硫醇在银等体系表面也观察到了这一有趣的特征，因此被称为链烷硫醇的“奇偶”效应。利用链烷硫醇的“奇偶”效应可以构建不同的微观传感器，因碳数的“奇”“偶”而可控实现传感器的顶端呈平台(n为奇数时，顶端甲基通过范德华力提供吸附位点，可承载、可吸附)或倾斜呈近似V型(n为偶数时，亚甲基裸露，可供吸附面积进一步增多，更利于承载或吸附)。
一般使用接触角或红外反射光谱(IRS)技术进行捕捉链烷硫醇的“奇偶”效应，但是根据一些实验室的报道，这一现象会受限于接触表面的粗糙度影响，即待测链烷硫醇接触的表面是否粗糙或光滑，粗糙度大小均会影响实验的重现性从而无法准确地确定链烷硫醇碳数的奇或偶。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种利用灵敏的石英晶体微量天平检测频率变化的方法分辨正链烷硫醇的奇偶碳数的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。
一种利用微天平分辨正链烷硫醇的奇偶碳数的方法，其首先使用石英晶体微量天平作为基底，在基底上沉积金膜，之后将沉积金膜的天平分别浸入CH3(CH2)7SH和待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH,n为大于等于8的正整数，的乙醇溶液中12-20h，再吹干基底；最后室温下，以己烷气体作为探针分子，在己烷蒸汽流控制在10毫升/分钟～50毫升/分钟的流速下进行吸附测试，根据待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH和CH3(CH2)7SH引起微天平谐振频率的变化确定待测正链烷硫醇的奇、偶碳数。
本发明中，当待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH的微天平谐振频率和CH3(CH2)7SH的微天平谐振频率相差±5％时，n为奇数；当待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH的微天平谐振频率比CH3(CH2)7SH的微天平谐振频率大25％-35％时，n为偶数。
本发明中，石英晶体微量天平采用AT切割石英晶体。
本发明中，石英晶体微量天平的晶体直径为1～2厘米，厚度为180-200微米，两面均经铈抛光处理。
本发明中，沉积的金膜的厚度为200～300纳米。
本发明中，待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH的n值为8～48之间的整数。
本发明中，使用氮气作为参考气体以及稀释剂，调节己烷气体分子浓度在1.0-3.0mmol/L之间。
本发明中，微天平谐振频率的变化是由电脑辅助谐振器测量软件进行自动数据采集和分析获得的。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明中采用非常灵敏的质量(频率)检测仪石英晶体微天平测定链烷硫醇接触己烷等分子后发生的质量、频率(质量与频率二者之间的关系式为Sauerbrey方程)，从而间接确定正链烷硫醇碳数的奇、偶，其为微观分子界面相互作用的研究领域提供一个理想模型，而硫醇类分子已被广泛用于金属纳米粒子表面修饰并为多种化学或生物分子在粒子表面的自组装提供了衔接基础，本发明提供的方法为涉及通过硫醇类分子实现其他分子在金属纳米粒子的表面自组装提供了微观却直观的途径，使得化学或生物分子在粒子表面的覆盖量有规律可依，并且也能为分子水平上构建高度特异传感器提供新的途径。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述实施例。
本发明各实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。
实施例1
奇碳数正链烷硫醇的检测与确定：
(1)正链烷硫醇在微天平上的组装
首先通过AT切割石英晶体得到直径为1.4厘米，厚度为190微米的石英晶体微量天平，两面均进行铈抛光，并用甲醇冲洗表面直至石英盘两侧清洁，之后通过喷金沉积处理，获得厚度为250纳米的金膜，并用乙醇冲洗作清洁处理。另外，利用乙醇分别将n＝9、11、13、15、17的正链烷硫醇均配成浓度为1×10-3mol/L的正链烷硫醇/乙醇溶液。然后将5个微天平分别浸入上述混合溶液中(此步骤也可以是利用1个微天平分别进行5次不同的实验，并每次做表面清洁处理)，静置15小时，再用乙醇彻底冲洗表面，并用氮气吹干；
(2)己烷气体吸附测试
所有实验均在室温下进行，使用氮气作为参考气体以及稀释剂，用于调节己烷气体分子的浓度为1.5×10-3mol/L，以满足己烷分子在微天平表面的覆盖度合适。通过多气体控制器将己烷蒸汽流控制流速为30毫升/分钟。利用特氟龙室作为气室，内装双弹簧夹用于固定微天平，这样微天平的双侧均可暴露于被测气体蒸汽中，达到双面均提供吸附位点的效果。天平通过电线连接网络分析仪；
(3)微天平谐振频率的测量
通过电脑辅助谐振器测量软件进行自动数据采集和分析，利用己烷气体组装在硫醇界面后引起的石英晶体的压电效应，将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。从而对己烷在n＝9、11、13、15、17的正链烷硫醇上吸附后引起微天平谐振频率的不同变化规律进行归纳和总结，结果发现这五个不同正链烷硫醇上组装的己烷分子所引起的频率、质量虽然值均小，但是彼此几乎相近，也即证明了末端甲基的取向一致，均呈顶端呈平台(n为奇数时，顶端甲基通过范德华力提供吸附位点，可承载、可吸附)状态。因此利用这一方法也可以用于可控构建顶端呈平台(选择性承载或吸附)的气体传感器。
实施例2
偶碳数正链烷硫醇的检测与确定：
(1)正链烷硫醇在微天平上的组装
首先通过AT切割石英晶体得到直径为1.4厘米，厚度为190微米的石英晶体微量天平，两面均进行铈抛光，并用甲醇冲洗表面直至石英盘两侧清洁，之后通过喷金沉积处理，获得厚度为250纳米的金膜，并用乙醇冲洗作清洁处理。另外，利用乙醇分别将n＝8、10、12、14、16、18的正链烷硫醇均配成浓度为1×10-3mol/L的正链烷硫醇/乙醇溶液。然后将6个微天平分别浸入上述混合溶液中(此步骤也可以是利用1个微天平分别进行6次不同的实验，并每次做表面清洁处理)，静置15小时，再用乙醇彻底冲洗表面，并用氮气吹干；
(2)己烷气体吸附测试
所有实验均在室温下进行，使用氮气作为参考气体以及稀释剂，用于调节己烷气体分子的浓度为1.5×10-3mol/L，以满足己烷分子在微天平表面的覆盖度合适。通过多气体控制器将己烷蒸汽流控制流速为30毫升/分钟。利用特氟龙室作为气室，内装双弹簧夹用于固定微天平，这样微天平的双侧均可暴露于被测气体蒸汽中，达到双面均提供吸附位点的效果。天平通过电线连接网络分析仪；
(3)微天平谐振频率的测量
通过电脑辅助谐振器测量软件进行自动数据采集和分析，利用己烷气体组装在硫醇界面后引起的石英晶体的压电效应，将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。从而对己烷在n＝8、10、12、14、16、18的正链烷硫醇上吸附后引起微天平谐振频率的不同变化规律进行归纳和总结，结果发现这六个不同正链烷硫醇上组装的己烷分子所引起的频率、质量彼此几乎相近，且均比前述偶数碳的实验结果要大(接近～30％的频率增值)，也即证明了末端甲基的取向一致，均呈倾斜(n为偶数时，亚甲基裸露，可供吸附面积进一步增多，更利于承载或吸附)状态。因此利用这一方法也可以用于可控构建顶端呈近似V型(有利于承载或吸附)的气体传感器。
Claims (8)
1.一种利用微天平分辨正链烷硫醇的奇偶碳数的方法，其特征在于，其首先使用石英晶体微量天平作为基底，在基底上沉积金膜，之后将沉积金膜的天平分别浸入CH3(CH2)7SH和待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH的乙醇溶液中12-20h,n为大于等于8的正整数，再吹干基底；最后室温下，以己烷气体作为探针分子，在己烷蒸汽流控制在10毫升/分钟～50毫升/分钟的流速下进行吸附测试，根据待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH和CH3(CH2)7SH引起微天平谐振频率的变化确定待测正链烷硫醇的奇、偶碳数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH的微天平谐振频率和CH3(CH2)7SH的微天平谐振频率相差±5％时，n为奇数；当待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH的微天平谐振频率比CH3(CH2)7SH的微天平谐振频率大25％-35％时，n为偶数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：石英晶体微量天平采用AT切割石英晶体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，石英晶体微量天平的晶体直径为1～2厘米，厚度为180-200微米，两面均经铈抛光处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沉积的金膜的厚度为200～300纳米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待测正链烷硫醇CH3(CH2)nSH的n值为8～48之间的整数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用氮气作为参考气体以及稀释剂，调节己烷气体分子浓度在1.0-3.0mmol/L之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微天平谐振频率的变化是由电脑辅助谐振器测量软件进行自动数据采集和分析获得的。
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